实验二 金属材料硬度的测定.docx
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实验二金属材料硬度的测定
实验二金属材料硬度的测定
实验指导书
一、实验目的
了解和掌握布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度的测定方法。
二、实验内容和步骤
（一）布氏硬度的测定
布氏硬度的测定是在HB-3000型布氏硬度机（图1）上进行。
图1
主要技术参数
适用于测定黑色金属，有色金属的布氏硬度。
试验力级数：
612.5N,（62.5kgf）980N（100kgf）,1225N（125kgf）,
1837.5N（187.5kgf）,2450N（250kgf）,4900N（500kgf）,
7350N（750kgf）,9800N（1000kgf）,14700N（1500kgf）,29400N（3000kgf）
硬度测试范围：
8-650HBW（硬质合金钢球）
显微镜放大倍率：
20x
试件最大高度：
200mm
压头中心到机壁最大距离：
135mm
电源：
AC220V50/60Hz
压头规格：
φ2.5、φ5、φ10mm硬质合金钢球压头
试台：
大、小平面试台，V型试台
操作顺序如下：
1.操作前的准备工作
（1）选定压头和试验力
根据被测材料，按表1-1选取。
压头安装：
将压头装入轴孔，轻拧紧定螺钉，顺时针旋转旋轮使试台上试样轻轻接触压头，紧拧紧定螺钉，逆时针旋转旋轮使试台上试样脱离压头。
试验力调整：
按动操作面板上FORCE+键一次。
力值增加一级，按动操作面板上FORCE-键一次。
力值减小一级，所选负荷对应发光管点亮。
（2）确定保荷时间
根据被测材料，按表1-1选取。
按动操作面板上TIME+键一次，增加5秒。
按动操作面板上TIME-键一次。
力值减少5秒。
表1-1布氏硬度实验规范
材料
硬度范围（HB）
试样厚度（mm）
F/D²
钢球直径D（mm）
试验力F（kgf）
载荷保持时间（s）
黑色金属
140~150
＜140
6~3
4~2
＜2
＞6
6~3
＜3
30
10
10
5
2.5
10
5
2.5
3000
750
187.5
1000
250
62.5
15
铜合金及镁合金
35~130
＞6
6~3
＜3
10
10
5
2.5
1000
250
62.5
30
铝合金及轴承合金
8~35
＞6
6~3
＜3
2.5
10
5
2.5
250
62.5
15.6
60
2．操作顺序
（1）打开电源开关，面板力值数码管显示0。
（2）完成上述操作前的准备工作。
（3）将试样放在工作台上，顺时针转动旋轮，使压头接触试样，试验力开始显示，当试验力接近选用值时，听到仪器“嘟”声，应立即停止转动旋轮，仪器进入自动工作，待自动加荷，自动保荷、自动卸载结束（相关指示灯全熄灭，逆时针转动旋轮使试样与压头脱离。
一次试验结束。
（4）用读数显微镜测出压痕直径d值。
固定分划尺格值为1mm,移动分划尺格值为鼓轮每小格0.005mm,每圈0.5mm.
固定分划线内侧与压痕直径一边相切，移动移动分划线与压痕直径另一边相切，记录测得的数据。
查墙表GＢ/T231.1-2002或表（1-2）即得布氏硬度HB值。
表1-2压痕直径与布氏硬度对照表（GＢ/T231.1-2002节选）
压痕直径d10
（mm）
在下列载荷F（kgf）下布氏硬度HB
压痕直径d10
（mm）
在下列载荷F（kgf）下布氏硬度
HB
30D²
10D²
2.5D²
30D²
10D²
2.5D²
2.50
601
200
--
4.25
201
67.1
16.8
2.55
578
193
--
4.30
197
65.5
16.4
2.60
555
185
--
4.35
192
63.9
16.0
2.65
534
178
--
4.40
187
62.4
15.6
2.70
514
171
--
4.45
183
60.9
15.2
2.75
495
165
--
4.50
179
59.5
14.9
2.80
477
159
--
4.55
174
58.1
14.5
2.85
461
154
--
4.60
170
56.8
14.2
2.90
444
148
--
4.65
167
55.5
13.9
2.95
429
143
--
4.70
163
54.3
12.6
3.00
415
138
34.6
4.75
159
53.0
13.3
3.05
410
133
33.4
4.80
156
51.9
13.0
3.10
388
129
32.3
4.85
152
50.7
12.7
3.15
375
125
31.3
4.90
149
49.6
12.4
3.20
363
121
3.03
4.95
146
48.5
12.2
3.25
352
118
29.3
5.00
143
47.5
11.9
3.30
341
114
28.4
5.05
140
46.5
11.6
3.35
331
110
7.5
5.10
137
45.5
11.4
3.40
321
107
26.7
5.15
134
44.6
11.2
3.45
311
104
25.9
5.20
131
43.7
10.9
3.50
302
101
25.2
5.25
128
42.8
10.7
3.55
293
98
24.5
5.30
126
41.9
10.5
3.60
285
95
23.7
5.35
123
41.0
10.3
3.65
277
92.3
23.1
5.40
121
40.2
10.1
3.70
269
89.7
22.4
5.45
118
39.4
9.86
3.75
262
87.2
21.8
5.50
116
38.6
9.66
3.80
255
84.9
21.2
5.55
114
37.9
9.46
3.85
248
82.6
20.7
5.60
111
37.1
9.27
3.90
241
80.4
20.1
5.65
109
36.4
9.10
3.95
235
78.3
19.6
5.70
107
35.6
8.90
4.00
229
76.3
19.1
5.75
105
35.0
8.76
4.05
223
74.3
18.6
5.80
103
34.3
8.59
4.10
217
72.4
18.1
5.85
101
33.7
84.43
4.15
212
70.6
17.6
5.90
99
33.1
8.26
4.20
207
68.8
17.2
（二）洛氏硬度的测定
洛氏硬度的测定在HR—150A型洛氏硬度机（图2）上进行，
图2HR－150型洛氏硬度试验机简图
1-调整块；2·顶杆；3-调整螺钉；4-表盘；5-按钮；6-紧固螺母；7-试样；8-工作台；9-手轮；10-放油螺钉；11-操纵手柄；12-砝码座；13-油针；14、15-磁码；16-吊杆；17-吊套；18-指示器
主要技术参数：
试验力（N）：
588，980，1471
试件允许最大高度：
170mm
压头中心到机身距离：
165mm
硬度值范围
HRA：
20～88
HRB：
20～100
HRC：
20-70
表1—3洛氏硬度的试验规范
符号
压头
负荷F（kgf）
硬度值有效范围
使用范围
HRA
120°
金刚石圆锥
60
＞70
适用测量硬质合金、淬火钢、渗碳层
HRB
1/16钢球
100
20～100
（HB60～230）
适用测量有色金属、退火及正火钢
HRC
120°
金刚石圆锥
150
20～70
（HB230～700以上）
适用测量调质刚、淬火钢
操作顺序如下：
（1）选择压头和载荷（表1—3），并将压头装入试验机。
（2）将试样4放在试样台4上，顺时针转动手轮7，使用试样与压头3缓慢接触，直至指示器中小指针到“0”为止。
此时已预加载10kgf。
然后将指示器中大指针调至零点。
（3）按动按钮9，加上主载荷，当指示针反向旋转若干格并停止时，保持3～4秒钟再顺时针旋转摇柄，直到自锁为止，即卸除主载荷。
此时，大指针退回若干格。
指针所指的位置为洛氏硬度值，HRA、HRC读外圈黑刻度，HRB读内圈红刻度。
（4）逆时针旋转手轮，取出试样，测试完毕。
（三）维氏硬度的测定
维氏硬度的测定在HV—5型维氏硬度机（图3）上进行。
图3
尤其适用于测定微小、薄形、表面渗镀层试件的维氏硬度。
主要技术参数
试验力：
2.94N（0.3Kgf）、4.9N（0.5Kgf）
10.80N（1.0Kgf）、19.6N（2.0Kgf）、
29.4.0N（3.0Kgf）、49.0N（5.0Kgf）
硬度测试范围：
8HV0.3~2900HV5
试验力施加方法：
自动加卸试验力
测量显微镜放大倍率：
200×（测试时用）
100×（观察时）
试验力保荷时间：
0～60s（每秒为一单位，任意键入）
最小检测单位：
0.5μm
试件最大高度：
160mm
压头中心到外壁距离：
135mm
电源：
AC220V/50Hz
操作顺序如下：
1.操作前的准备工作
（1）选定试验力
根据被测材料软硬和厚薄选取。
试验力越大压痕就越大，测量误差就越小。
材料越软，试验力可越小，反之。
材料越薄，试验力应越小，反之。
转动右下侧手轮，调整试验力，注意动作要缓慢，转到最大最小值不能继续前转，应反向转动！
（2）压头安装：
将压头装入轴孔，红点对准正前方，拧紧固定螺钉。
（3）试验力保持时间调整：
按动操作面板上T+键一次增加1秒。
按动
作面板上T-键一次减少1秒。
一般取10s.
（4）视场光源调整：
按动操作面板上L+或L-键一次即可调暗调亮。
2．操作顺序
（1）打开电源开关，面板力值数码管显示0。
（2）完成操作前的准备工作。
（3）将试样放在工作台上，顺时针转动旋轮，试台上升，当试样离压头下端1mm时，转动转盘把200倍物镜转到前方，顺时针转动旋轮，试台上升，目镜中越来越亮，继续缓慢顺时针转动旋轮，当目镜中试样表面清晰成像（可见磨削纹），聚焦过程完成。
（4）转动转盘，把压头转到前方（要感到咔嚓一声，表明转盘已经定位），按下面板中启动键，自动加荷，自动保荷、自动卸载，结束时机器发出鸣叫，面板上出现d1:
0等待测量。
（5）读出出压痕对角线长度值，方法是：
转动转盘把100倍物镜转到前方，找到锥形压痕，适当调整压痕位置（往目镜中左上角调），转动转盘把200倍物镜转到前方，转动目镜左鼓轮两线同时移动，将左线对准锥形压痕左顶点，转动目镜及目镜右鼓轮使右线通过锥形压痕上下顶点，继续转动右鼓轮使右线对准锥形压痕右顶点，在右鼓轮上读出格数，一圈100格，一格0.005mm.
（6）将读出的格数输入，按确认键，面板上出现d2:
0，转动目镜90°，按（5）测量上下对角线长度，将读出格数输入，按确认键，屏幕上即出现维氏硬度值。
三、实验设备及材料
1.布氏硬度计、洛氏硬度机、维氏硬度计。
2.读数放大镜
3.试样：
Cr12、45#、T8（退火及淬火状态）；H62（块、片）；QSn6.5-0.1（块、片）；T2（块、片）；1A93（块）
四、实验注意事项
1.实验前必须复习教材中有关内容和预习实验指导书。
2.要求试样表面平整（洛氏Ra≤6.3μm布氏Ra≤1.6μm维氏Ra≤0.8μm），二端面平行，若有油污和氧化皮可用砂纸打磨表面，以免除影响测试。
3.加载时细心操作，以免损坏机件
4.洛氏硬度机的金刚石压头属贵重物件，质硬而脆，严禁碰击。
5.应根据硬度试验机使用范围，按规定合理选用不同的载荷和压头，超过使用范围，将不能获得准确的硬度值。
6.测定硬度值，卸掉载荷后，必须使压头完全离开试样后再取下试样。
7.操作过程中遇到故障，要及时报告实验指导老师。
五、实验报告要求
1．测定H62试样的布氏硬度HB值。
并填下表：
试样材料
钢球直径D（mm）
载荷F（kgf）
保荷时间（秒）
F/D²
QSn6.5-0.1
凹痕直径d
HB值
2.测定45钢淬火，T8、Cr12钢退火，淬火试样的洛氏硬度HRA、HRB、HRC值，并填下表：
试样材料
热处理
压头
载荷F（kgf）
硬度值
退火
淬火
退火
淬火
退火
淬火
3.测定T2（片）；45钢淬火，Cr12钢淬火试样的维氏硬度值，并填下表：
试样材料
保荷时间（秒）
载荷F（kgf）
硬度值
实验二金属材料硬度的测定
实验报告
班级姓名学号
实验日期：
指导教师
一、实验目的
二、实验装置
三、实验结果
1.根据选用的试验规范和记录数据,填写下表。
（1）布氏硬度
试样材料
钢球直径D（mm）
载荷F（kgf）
保荷时间（秒）
F/D²
H62
凹痕直径d
HB值
（2）洛氏硬度
项目
试验
材料
试验规范
实验结果
压头
总载荷P（N）
硬度标尺
第一次
第二次
第三次
平均硬度值
（3）维氏硬度
试样材料
保荷时间（秒）
载荷F（kgf）
硬度值
2.根据实验测得的硬度值,分析碳钢的含碳量与硬度间的关系,并结合理论课加以说明成因。
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